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對了解流變特性，促進密封膠的研發(fā)，推動產品的差異化進程

密封膠的結構和流動特性、流變進行定量檢測可幫助配方師了解配方組分和他們對應用特性的影響兩者之間的關系。本文論證了調配密封膠的原料變量和流變性以及應用性能之間的關聯(lián)。首先對密封膠相應的流變條件做了簡略介紹。

配方組分的實驗性研究內容包括顏基比，表面活性劑添加量，揮發(fā)份含量和流變改性劑用量。了解流變特性可明顯促進密封劑的研發(fā)，推動產品的差異化進程。

常規(guī)測試

密封膠的美國材料試驗協(xié)會標準（ASTM）中的C920或C834規(guī)定了密封膠的標準。雖然商業(yè)化產品必須符合這些工業(yè)標準，但這些標準達到的數(shù)值與客戶所期望的體驗值存在關鍵的脫節(jié)。

密封膠的研發(fā)始于配方制定；聚合物和其它成份的組合方式必須與產品需求相一致。接下來的步驟是應用；包括施加壓力把密封膠從膠管中擠出，再用工具把密封膠涂到連接處。最后，密封膠務必在合理的時間表內變干，還要達到所期望的固化性能；密封膠必須要有彈性，有良好的附著力和內聚力，還要有符合要求的外觀。傳統(tǒng)的密封膠開發(fā)過程是反反復復進行的，而且這個過程的基礎是不斷的試驗，嘗試和失敗。

濕密封膠的常規(guī)測試包括敲擊法和劃涂法。敲擊法如圖1a所示，密封膠樣品放置在平整的表面上，手指在樣品上輕輕敲擊，來模仿工具或手指把密封膠壓入連接處的起落動作。這里指定了從1到3的評價數(shù)值，手指移開后，沒有尖峰出現(xiàn)是1，出現(xiàn)大的尖峰為3。劃涂法如圖1b所示，在平整表面上放置一團密封膠。既要手指輕緩地滑移，又要使密封膠在涂劃到最后，隨著手指迅速離開，殘余的密封膠能留下拖尾印跡。這種方法同樣指定了從1到3的評價數(shù)值，1說明殘余密封膠的拖尾最少，3是拖尾最多。

常規(guī)測試是主觀的，尤其是這些測試依賴一根手指來進行。對于密封膠經驗豐富的人來說，一根手指的方式或許是可以接受的。然而，更多有用的是客觀的能夠定量的密封膠材料特性的檢測數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可用流變學的方法測定——特別是振蕩流變學。

流變學測試

振蕩流變學對材料的流體和彈性特性提供量化。這個量化通過正弦應變與合成應力的測量值來完成。G’和G”分別對應同相和反相的施加應力。G’代表樣品的彈性或結構性特征數(shù)值，而G”代表液態(tài)特性值。

實例有助于闡明G’和G”的含義。例如水位于流體范圍的末端，是最純粹的液體；當水受到剪切，就發(fā)生形變，同時施加剪切所帶來的能量會消散。水完全是G”的特征。

另一方面，如果以定量的力去拉伸橡皮筋，只要它被拉伸，形變就會保持著。這就得到橡皮筋的彈性特征G’。許多材料具備的特性值介于水和橡膠之間；這些材料是粘彈態(tài)的。密封膠就屬于這一范疇。G’和G”相對的數(shù)值可以提供出密封膠相關的全部行為信息。流變學是一種功能強大的工具，把客戶應用體驗與材料的可測量特性聯(lián)系起來。目標參數(shù)用流變儀來檢測，從而加速了產品發(fā)展。

如圖2所示，通常用振蕩流變的過程來模擬密封膠的施工。這個過程源自麥格茲1。實際應用中密封膠被工具加工的過程通過被放置在流變儀中的密封膠樣品表現(xiàn)出來，流變儀模擬了工具對密封膠的加工，并且提供密封膠的特性數(shù)據(jù)。圖2d的曲線顯示出模量，粘彈特征和流體特征，這個曲線是依據(jù)加工過程中的時間和應力形成的。測試之初，當工具或手指開始加工樣品時，密封膠特性主要是粘彈結構特性主導，G’>G”可證實這一點。隨著時間的推移，加工過程繼續(xù)進行，更大的應力施加出來。結構開始被分解，密封膠流入連接處，表現(xiàn)出G”>G’。當工具/手指撤出，伴隨的應力消失，結構(G’)復原。

圖2d曲線上手指/工具施壓的部分對應加工過程的開始階段。模數(shù)相同（G’=G”，也即交叉點）的部分的拉力與敲擊法的評估相關聯(lián)。加工過程中，G’在手指/工具施壓時是減少的。G’的減少能夠增加密封膠對手指或工具的浸潤和粘附的趨勢，導致尖峰形成，這是不期望出現(xiàn)的特性。這種特性使密封膠在敲擊法評估時屬于最差的。為了改善敲擊評估結果（或者可以說降低成峰趨勢），模數(shù)交叉點的流變學標志需要轉變到更長時間和更高應變。

圖2d曲線中表示加工的部分對應的是加工過程中工具或手指順著密封膠的移動。此外，密封膠在這樣的過程中是流動的，表現(xiàn)出G”>G’。減少密封膠復態(tài)粘度或穩(wěn)定性的波動，這關聯(lián)到G’和G”，會改善密封膠的易施工性能，因為這表明移動密封膠需要的力更小。換言之達到穩(wěn)定狀態(tài)的速度越快，密封膠的施工性能越好，在穩(wěn)定的狀態(tài)下，密封膠的反應與特性不發(fā)生變化。這種量化用手指是不可能達到的。

圖2d曲線上手指/工具離開的部分對應加工過程的終端。密封膠在這部分過程里中的結構復原，這一點可以通過G’增加到大于G”來證明。這種G’和G”之間的交叉點可與劃涂法相關聯(lián)。用更高的應力來移動交叉點，這可以改善工具涂抹性能。

配方設計的影響

用實驗設計來理解配方組分對濕密封膠特性和施工性能的影響。對表面活性劑使用量，增稠劑和揮發(fā)分含量，還有顏料基材比例（P：B）進行研究。應用實驗設計的方式來對這些影響因素進行同步研究。

調節(jié)這些因素的水平會直接影響到密封膠的流變性。圖3描述了這些因素對圖2d中手指/工具施壓階段影響。正如圖3所示，增加揮發(fā)分的用量可導致線性區(qū)域里流體特性的增加，而增加表面活性劑的用量時，在線性區(qū)域內粘彈特性和流體特性之間的差異也會增大。降低P：B顏基比可使模量交叉點向較長時間或較高應力移動，增加增稠劑用量，在出現(xiàn)交叉點的地方模數(shù)會增加。理解配方對最終產品的流變性的影響有多少差異將有利于調整密封膠配方，從而得到所期望的穩(wěn)定性和性能。

具體實例可以表明流變學是怎樣提供比常規(guī)測試更多的結論和方向的。例如，在顏基比和表面活性劑范圍內的第一個模數(shù)交叉點處，敲擊法和流變學測試的對比（見圖4）。常規(guī)評估的方法可以提供大致的方向，指明增加表面活性劑和降低顏基比能夠改善工具敲擊測試的結果，但無法說明能夠改善的程度。而流變學對模數(shù)交叉點的測量則可以提供更多的信息，這些信息說明了如何調整密封膠配方中顏基比和表面活性劑含量能夠能改善工具敲擊性能。

圖5顯示了第二個實例，常規(guī)劃涂法和流變性能G”對線性區(qū)域內增稠劑和揮發(fā)分比例的檢測。在這種情況下，常規(guī)測試無法給出如何提高工具劃涂性能的方向性信息，然而流變學測試清晰地指出了提高增稠劑和揮發(fā)分水平可以改善劃涂性能的途徑。具有物理意義的流變學量化數(shù)據(jù)能夠提供關鍵性的信息，這些信息在制定密封膠配方時可以優(yōu)化產品性能，改善用戶體驗。

強有力的工具

了解流變性，就能強有力地洞悉密封膠的設計。本文中，流變儀用來模擬密封膠的施工過程，流變學數(shù)據(jù)與常規(guī)工具評估值相關聯(lián)。流變儀提供了密封膠的結構和流動行為的定量測試數(shù)據(jù)，清晰地指明密封膠各組分的影響。流變參數(shù)也能夠給出一些更多的結論，為改善密封膠的施工性能提供參考。流變學應用到密封膠設計中可以顯著加快產品開發(fā)進程。